Sage mir, was Du isst …: Die Ernährung hat Einfluss auf zirkadiane Rhythmen in den Zellen

Dr. Judith Amann

Interessenkonflikte

21. Mai 2015

Wer seine Ernährung von fettarm auf fettreich umstellt, beeinflusst seine „innere Uhr“, so das Ergebnis einer kürzlich im Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism veröffentlichten Studie. „Dass sich der zirkadiane Rhythmus durch die Ernährungsumstellung tatsächlich ändert, war ein überraschendes Ergebnis“, sagt Dr. Olga Pivovarova vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung, Potsdam-Rehbrücke (DifE) gegenüber Medscape Deutschland. Sie untersuchte mit ihrem Team die Effekte des Wechsels von einem fettarmen zu einem fettreicheren Ernährungsregime auf die zirkadianen Rhythmen im Körper.

 
Dass sich der zirkadiane Rhythmus durch die Ernährungsumstellung tatsächlich ändert, war ein überraschendes Ergebnis. Dr. Olga Pivovarova
 

Dabei gelang es den Forschern sogar, den Einfluss der Ernährung auf verschiedene Zeittaktgeber im Organismus differenziert zu beurteilen. Man geht davon aus, dass eine „zentrale Uhr“ im Hypothalamus, im so genannten Nucleus suprachiasmaticus lokalisiert ist. Hier werden die Zeitgeber-Gene rhythmisch nach einem bestimmten Muster im Tagesverlauf exprimiert. So gibt die zentrale Uhr den Takt für die „Uhren“ in den peripheren Organen, wie z.B. Leber oder Niere, vor.

Die zentrale Uhr synchronisiert aber nicht nur die peripheren Uhren in den Organen untereinander, sondern auch mit den äußeren Taktgebern. Wichtige Taktgeber sind z.B. das Tageslicht und die Menge der Kalorien. Ob beim Menschen dabei auch die Zusammensetzung der Nahrung eine Rolle spielt, ist bislang kaum untersucht.

„Wenn es durch weitere Studien gelingt, die Mechanismen, die diesen Zusammenhängen zugrunde liegen, noch besser zu verstehen, wird es vielleicht zukünftig möglich sein, konkretere Ernährungsempfehlungen zu geben, die besser auf die innere Uhr und individuellen Bedürfnisse eines Menschen abgestimmt sind,“ beschreibt Ko-Autor Prof. Dr. Andreas F.H. Pfeiffer vom DifE weitere Studienziele.

Cortisol als zentraler Marker

An der Studie nahmen insgesamt 29 normalgewichtige Personen teil. Sie folgten zunächst für 6 Wochen einem kohlenhydratreichen, aber fettarmen Ernährungsregime, mit 55% Kohlenhydraten, 15% Proteinen und 30% Fett. Dann wurde die Ernährung umgestellt auf fettreich: 40% Kohlenhydrate, 15% Proteine und 45% Fett.

Wichtig dabei sei die isokalorische Ernährung, da Unter- und Überernährung selbst eine starke Stoffwechselantwort auslösten und so das Untersuchungsergebnis verfälschen könnten, erläutert Pfeiffer das Design.

Die Probanden wurden zu 3 Zeitpunkten – nach 6 Wochen fettarmer Kost, sowie nach einer und nach 6 Wochen fettreicher Kost – untersucht. Werte für z.B. Body-Mass-Index, Nüchternglukose und -insulin, Triglyceride oder CRP blieben unverändert, während HDL und LDL-Werte erwartungsgemäß nach einer bzw. 6 Wochen fettreicher Kost erhöht waren.

Gemessen wurde die Expression von Genen in Monozyten (Marker für die „peripheren inneren Uhren“), die an der Zeittaktung, am Fettstoffwechsel und bei Entzündungsprozessen eine Rolle spielen, außerdem Cortisol im Speichel (Marker für die „zentrale Uhr“).

Zentraler Cortisol-Rhythmus korreliert nicht mit Expression der Zeitgeber-Gene

 
Es ist eine sehr spannende Studie. Die Autoren konnten sehr schön zeigen, dass sich die Uhren in den Monozyten verändern und das zum Teil recht schnell. Prof. Dr. Henrik Oster
 

„Es ist eine sehr spannende Studie. Die Autoren konnten sehr schön zeigen, dass sich die Uhren in den Monozyten verändern und das zum Teil recht schnell“, kommentiert Prof. Dr. Henrik Oster, Leiter der AG Chronophysiologie an der Universität Lübeck die Ergebnisse.

Die Cortisol-Analyse zeigte ein verstärktes „Morgenhoch“ als Antwort auf die Ernährungsumstellung. Außerdem gab es eine Phasenverschiebung, d.h. der Zeitpunkt des „Morgenhochs“ verschob sich als Antwort auf die Ernährungsumstellung leicht nach hinten.

Allerdings: Der Cortisol-Rhythmus korrelierte nicht mit der Expression der Zeitgeber-Gene in den Monozyten. Denn bei diesen konnten die Forscher keine Phasenverschiebung beobachten. „Bei der zentralen Uhr verschiebt sich die Oszillation. Theoretisch sollte die zentrale Uhr die periphere verschieben – das haben wir so nicht beobachtet“, sagt Pivovarova. Das bedeutet, dass die Veränderung der Nahrungszusammensetzung möglicherweise periphere zirkadiane „Uhren“ vom zentralen Taktgeber im Nucleus suprachiasmaticus entkoppelt und auf diesem Weg die Regulation metabolischer Wege in peripheren Geweben verändert.

Der zentral gesteuerte Rhythmus der Cortisol-Ausschüttung scheint also nicht mit dem peripheren zirkadianen Rhythmus in den Monozyten verknüpft. Das bestätigt frühere Studienergebnisse, laut derer Cortisol und Melatonin nur einen begrenzten Einfluss auf das periphere System haben.

Konkrete Schlussfolgerungen schwierig

Dennoch: Die Ernährungsumstellung beeinflusst die Expression wichtiger Zeitgeber-Gene. Darüber hinaus unterliegen auch inflammatorische Gene in menschlichen Monozyten einer zirkadianen Rhythmik, die durch den Diätwechsel verändert wird. Es bleibt aber unklar, ob sich durch die Umstellung auf eine fettreiche Ernährung in erster Linie die „molekulare Uhr“ neu stellt und dies metabolische und inflammatorische Stoffwechselwege in den Monozyten beeinflusst – oder umgekehrt.

„Die Daten sind schwer zu interpretieren. Es gibt Veränderungen, aber die Uhren reagieren nicht alle gleich“, kommentiert Oster diese Daten. „Es gibt keine eindeutige Veränderung der Rhythmik.“

Auch wichtige Fettstoffwechsel-Gene wurden in der Studie analysiert. Dabei konnte erstmals gezeigt werden, dass 2 zentrale Gene des Fettstoffwechsels – zuständig für die Fettsäuresynthase (FASN) und Carnitoin-Palmityl-Transferase1 (CPT1A) – einem Tages-Rhythmus unterliegen.

Zumindest in den Monozyten änderte sich dieser Rhythmus durch die Nahrungsumstellung nicht. Andere Gene des Fettmetabolismus – sie hatten keine zirkadiane Rhythmik – wurden allerdings als Antwort auf die Ernährungsumstellung hoch- bzw. herunterreguliert.

Auch wenn sich noch keine konkreten Empfehlungen für die klinische Praxis ableiten lassen: „Man kann jetzt sagen, dass die Nahrung einen Einfluss hat. Man kann noch nicht eindeutig sagen, was diese Veränderungen für physiologische Konsequenzen haben“, lautet Osters Fazit.

Eine weitere Studie zum Zusammenhang zwischen Ernährung und zirkadianer Rhythmik ist am DifE bereits angelaufen. Die CLOCK-Studie soll z.B. beantworten, wie periphere zirkadiane Zeitgebermechanismen mit der Energiebilanz und der Regulation des Körpergewichts zusammenhängen oder welchen Einfluss der Fett- bzw. Kohlenhydratgehalt von Frühstück oder Abendessen haben.

 

REFERENZEN:

1. Pivovarova O, et al: J Clin Endocrinol Metab (online) 15. April 2015

 

Kommentar

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